1 上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240
2 上海市激光制造与材料改性重点实验室，上海 200240
研究了激光功率正弦调制对AZ31镁合金焊缝熔深和工艺气孔的影响。保持激光功率恒定在1500 W，将焊接速度从3.0 m/min逐步增加到4.0 m/min，观察了匙孔周期性开闭行为，分析了不同反射次数对高反射材料匙孔能量分布的影响规律。在不同焊接速度下采用激光功率正弦调制，调制幅度为500 W，调制频率从50 Hz逐步增加至200 Hz，统计了焊缝熔深和工艺气孔率的变化趋势。试验结果表明：对于高反射材料，激光功率调制效果与匙孔内光束反射次数有关，反射次数较多的匙孔具有较大深宽比，匙孔底部累积能量高，深度变化滞后于激光功率变化，激光功率调制有助于增加熔深。激光功率正弦调制不利于镁合金匙孔稳定，50 Hz低频调制显著增加工艺气孔，调制频率为150 Hz时激光功率正弦调制对匙孔稳定性的影响较小。
激光技术 镁合金 高反射材料 深熔焊 功率调制 匙孔 中国激光
2023, 50(12): 1202103
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 信息功能材料国家重点实验室，上海 200050
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
3 上海微技术工业研究院，上海 201800
作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段，2 μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2 μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真，根据2 μm波长下光模场分布的特点，选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底，结合实际工艺中240 nm硅刻蚀深度，得到宽度为600 nm以及平板层厚度为100 nm的最优脊波导结构。通过优化掺杂浓度和掺杂区位置获得综合性能最优的调制器器件，在4 V反向偏压下器件光损耗为5.17 dB/cm，调制效率为2.86 V·cm，静态消光比为23.8 dB，3dB EO带宽为27.1 GHz。同时，与220 nm厚度顶层硅器件相比较，器件的综合性能更为优越。研究内容为后续器件实际制作提供了依据，也为后续2 μm波段光收发集成模块所需调制器设计提供了新的方向。
硅基光电子学 中红外波段 调制器 silicon photonics mid-infrared band modulators 红外与激光工程
2022, 51(3): 20220092
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
微环谐振器是实现硅基光电子片上集成的重要器件。为此,从微环谐振器的原理出发,主要描述了中红外领域高品质因子微环谐振器的研究意义与发展历程,分析了不同材料体系微环谐振器在工艺和实际应用上的优缺点;介绍了基于Vernier效应的级联微环谐振器在中红外波段的传感和滤波领域的理论研究;并回顾了中红外克尔光学频率梳的产生原理和发展历程,在理论上证明了锗条形波导微环可以在泵浦功率低至80 mW的情况下实现带宽接近一个倍频程的宽谱光频梳,并对研究进展进行了总结和展望。
激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230004
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130000
2 澳门科技大学 资讯科技学院, 澳门999078
3 南昌航空大学 测试与光电工程学院, 江西 南昌330000
由于激光雷达点云数据有无序性、稀疏性和信息量有限的问题, 提出了一种能够将点云数据与对应图像进行三维图像重建的算法, 该方法首先将点云数据体素化, 利用点特征直方图有效地选择深度点进行标记并消除体素中的异常点; 针对传统插值方法估计精度低的缺陷, 利用高斯过程回归方法强大的非线性拟合能力和小样本学习能力, 提高了内插点估计精度, 获得稠密点云; 最后利用马尔科夫随机场对图像灰度数据和三维插值点进行融合来构建三维深度图。定性定量仿真实验结果表明, 提出的算法大大提升了三维重建的鲁棒性与重构精度, 可用于复杂路况中的无人驾驶应用。
三维重建 激光雷达 高斯过程回归 点特征直方图 马尔科夫随机场 3D reconstruction laser radar Gaussian process regression point feature histogram Markov random field
1 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室, 上海 200240
2 高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240
为了研究光纤激光焊接奥氏体不锈钢过程中侧吹气体对焊缝组织和耐腐蚀性能的影响，建立了一种侧吹气体和金属蒸气的流体模型，分析了不同侧吹气体及其流量对金属蒸气温度场和速度矢量场的影响，提出了一种通过侧吹气体增加焊缝金属中氮元素含量的方法。试验结果表明，在不影响焊缝成形的前提下，该方法有效提高了上层焊缝金属中氮元素的含量，抑制了焊缝金属中铁素体的含量，增强了奥氏体不锈钢激光焊焊缝的耐点蚀性能。
激光技术 光纤激光焊 奥氏体不锈钢 氮气 焊缝组织 耐蚀性
1 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室, 上海 200240
2 高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240
3 上海电力学院能源与机械工程学院, 上海 200093
在激光+脉冲GMAW复合焊接过程中, 焊丝端部金属熔化产生大量的金属蒸汽, 导致等离子体中电子、 粒子的扩散现象加剧, 使得激光的传输模式和工件对激光能量的吸收率和吸收模式发生变化。 基于光谱分析的方法得到了复合焊接峰值状态的电子密度和温度分布, 通过高速摄影分析了不同焊接模式下等离子体形态的变化, 结合Beer-Lambert吸收定律计算了不同焊接模式下激光的吸收率。 结果表明, 在复合焊过程中, 由于焊丝端部金属被熔化, 焊丝的金属蒸汽进入激光等离子体内部, 导致激光匙孔上方电子密度进一步提高, 等离子体吸收激光能量能力增强, 使得激光的传输效率从纯激光焊的94.16%降低到了CO2激光+脉冲GMAW复合焊的85.84%。
激光电弧复合焊 电子密度 温度 激光吸收效率 Laser-arc hybrid welding Electron density Electron temperature Absorption rates
1 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点试验室, 上海 200240
2 上海拖拉机内燃机有限公司, 上海 200433
镀锌拼焊板的应用，不仅可以提升汽车的防腐性能，而且可以在保持同等强度的条件下，减轻车体重量。激光焊接与其他焊接工艺相比，有焊缝窄、强度高、热影响区小等优点。但是，拼焊间隙会造成焊缝表面凹陷，焊缝强度不够。通过光纤激光拼焊，在获得较好的侧吹保护气体参数后，以正交实验的方式研究激光功率与焊接速度对焊缝成形的影响。通过宏观金相实验、拉伸实验与杯突实验等检测手段，对焊缝的形貌、力学性能与冲压成形性能进行检测。确定激光功率为3 kW，焊接速度为4 m/min 是最佳工艺参数。在最佳工艺参数基础上，研究拼焊间隙大小对焊缝成形的影响。结果表明，当间隙不超过0.15 mm(约为板厚的11.1%)时，可以获得良好的焊缝。
激光技术 镀锌钢板 拼焊板 光纤激光焊接 间隙 激光与光电子学进展
2015, 52(1): 011406
上海交通大学焊接研究所激光制造实验室, 上海 200031
焊接过程中产生的等离子体是激光深熔焊的固有现象，它通过对激光能量的吸收、折射、反射等降低到达小孔的激光能量密度，影响激光与工件相互作用。使用微距高速摄影系统，研究了大功率CO2激光焊接不同功率和不同侧吹气体流量下等离子体的形态和尺寸的变化规律。在相同条件下，激光功率越大，等离子体的尺寸越大，而且越不稳定，容易出现激光维持的燃烧(LSC)波，严重影响焊接过程的稳定性。而通过增加侧吹气体的流量，可以有效抑制LSC波的产生，并且减小等离子体的尺寸，增加焊缝熔深。
激光技术 CO2激光焊 等离子体 激光维持的燃烧波
赵良磊 1,2,3唐卓 1,2,3李国华 1,2,3蔡艳 1,2,3吴毅雄 1,2,3
1 上海交通大学,材料科学与工程学院,上海,200030
2 上海市激光制造与材料改性重点实验室
3 筹,上海,200240
大功率激光深熔焊以其优良的特性在制造行业中占有一席之地.本文利用微距高速摄影手段,对国产船用高强钢板激光深熔焊中的等离子体的作用进行实验研究,分析了保护气体流量、焊接速度、线能量对于等离子体面积和高度的影响,并综合分析了等离子体、线能量和焊接速度对焊缝熔深和熔宽的影响,总结了一些等离子体在焊接过程中的作用规律.
等离子体 大功率激光深熔焊 焊接工艺 焊缝成形
